CN106895833A - 一种寻北仪四位置定位机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种寻北仪四位置定位机构，包括电机单元、定位单元和调节单元；电机单元包括步进电机(1)和小齿轮(2)，步进电机(1)的输出轴与小齿轮(2)固定连接；定位单元包括大齿轮(3)和安装板(8)，大齿轮(3)与小齿轮(2)啮合，大齿轮(3)和安装板(8)为同步转动，安装板(8)上有四个轴套(10)；调节单元包括销轴(11)、滑套(12)，销轴(11)位于滑套(12)内，可沿滑套(12)上下滑动，向上滑动时可伸入轴套(10)内。该机构采用销轴与轴套的配合方式进行定位，利用两个电磁销实现销轴位置互换，控制方便、可靠，采用挡销定位，保证装置仅在270°范围内操作，不会出现误差累计的情况，且操作简便，可连续重复操作。

Description

一种寻北仪四位置定位机构

技术领域

本发明涉及陀螺寻北仪领域，尤其是一种用于寻北仪定位四位置的定位机构。

背景技术

陀螺寻北仪是惯性技术应用的重要成果之一，它通过敏感地球自转来确定北向，能全天候可靠地工作，不受外部环境如地球磁场、地形、气候等的影响，可以在没有任何外部方位信息的情况下实现自主寻北功能，测出当地地理北向。

陀螺寻北仪包括陀螺仪和加速度计。根据采样和解算周期不同，寻北仪可以分为连续旋转、二位置、四位置等寻北方案，其中四位置寻北方案在基于单轴陀螺的寻北仪中应用较为广泛。通过在四个相互垂直的位置进行数据采集，经过数据运算，可以消除陀螺零偏误差等，获得较高的寻北精度。

常规四位置寻北仪的定位数据来自位置传感器，由于位置传感器的本身误差以及电机的控制误差，导致较大的转位误差，且每次寻北时转位误差重复性较低，当旋转平台水平时，转位误差造成的寻北误差与其大小相同，随着倾斜角的增大及纬度增高，转位误差引起的寻北误差逐渐增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种寻北仪四位置定位机构，解决常规四位置寻北仪的定位数据误差大、重复性差的问题。

具体的，本发明提供了一种寻北仪四位置定位机构，包括电机单元、定位单元和调节单元；

电机单元包括步进电机1和小齿轮2，步进电机1的输出轴与小齿轮2固定连接；

定位单元包括大齿轮3和安装板8，大齿轮3与小齿轮2啮合，大齿轮3和安装板8为同步转动，安装板8上外圆周均布有四个定位孔，定位孔内安装轴套10；

调节单元包括销轴11、滑套12，销轴11位于滑套12内，可沿滑套12上下滑动，向上滑动时可伸入轴套10内。

进一步地，所述大齿轮3下端面上开有270°的圆弧槽。

进一步地，还包括框架7，所述电机单元、定位单元和调节单元均安装于框架7上。

进一步地，所述定位单元还包括轴承6、轴5和螺母9；

所述轴5通过轴承6安装于框架7上；

所述轴5顶端有螺纹，所述螺母9安装于轴5的螺纹端，将大齿轮3和安装板8固定在轴5上。

进一步地，所述框架7上有安装轴承6的凹槽，所述轴承6安装于框架7的凹槽内，轴承6为相对放置的两个，在轴承6的外端通过螺钉固定有挡板，用于对轴承6进行限位。

进一步地，所述定位单元还包括挡销4；

挡销4一端固定于框架7上，另一端伸入大齿轮3的圆弧槽内，挡销4对大齿轮进行限位，保证其转动过程中的那个不会超过270°范围。

进一步地，所述滑套12位于框架7内部；

滑套12为T字形结构，包括横板和纵滑套，螺栓连接安装于框架7顶端，纵滑套为内部中空结构，纵滑套的左侧上部和右侧下部有长圆孔。

进一步地，所述调节单元还包括上挡板13、下挡板14、第一电磁销15和第二电磁销16；

上挡板13穿过滑套12左侧上部的长圆孔固定于销轴11上，下挡板14穿过滑套12右侧下部的长圆孔固定于销轴11上；上挡板13下方有第一电磁销15固定于滑套12上；下挡板14的上方有第二电磁销16固定于滑套12上。

特别地，一种所述的寻北仪四位置定位机构使用方法，包括以下步骤：

步骤一、初始工作时，挡销4位于大齿轮3的圆弧槽0°位置，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤二、步进电机1通电转动，小齿轮2带动大齿轮3转动，大齿轮3带动轴5和安装板8转动，当安装板8转动90°±0.2°时，步进电机1停止转动；

步骤三、第一电磁销15通电，第一电磁销15的轴伸出推动上挡板13向上移动，上挡板13带动销轴11向上滑动，伸进轴套10中，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤四、第二电磁销16通电，第二电磁销16的轴伸出，推动下挡板14向下移动，上挡板14带动销轴11向下滑动，销轴11从轴套10中退出；

步骤五、步进电机1再次转动，重复步骤二至步骤四，依次完成180°、270°位置的定位，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤六、步进电机1反转，使得大齿轮3反向转动270°，转动回0°位置。

进一步地，陀螺仪和加速度计安装于安装板8上，保证安装板8在旋转的同时，陀螺仪和加速度计也变换位置，准确对安装板8的四位置进行数据采集。

本发明提供了一种寻北仪四位置定位机构，采用销轴与轴套的配合方式进行定位，四位置定位精确，利用两个电磁销实现销轴位置互换，控制方便、可靠，同时，采用挡销定位，保证装置仅在270°范围内操作，不会出现误差累计的情况，且操作简便，可连续重复操作。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的四位置定位机构整体结构图；

图2是本发明的四位置定位机构大齿轮结构示意图；

图3是本发明的四位置定位机构局部图。

图中：1-步进电机、2-大齿轮、3-小齿轮、4-挡销、5-轴、6-轴承、7-框架、8-安装板、9-螺母、10-轴套、11-销轴、12-滑套、13-上挡板、14-下挡板、15-第一电磁销、16-第二电磁销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种寻北仪四位置定位机构，如图1所示，包括步进电机1、大齿轮2、小齿轮3、挡销4、轴5、轴承6、第一电磁销15、第二电磁销16、销轴11，还包括框架7、安装板8、螺母9、轴套10、滑套12、上挡板13、下挡板14。

框架7为一体结构，步进电机1位于框架7内部，安装于其顶端的下端面；小齿轮2位于框架7顶端的上端面，步进电机1的输出轴安装于小齿轮2的通孔内，使得步进电机1与小齿轮2固定连接，步进电机1将传动形式传至小齿轮2。

框架7顶端的上端面有安装轴承6的凹槽，轴承6安装于框架7的凹槽内，凹槽的上端面有挡板，对轴承6起固定位置的作用，同时，挡板通过螺钉固定在框架7的上表面。轴5通过轴承6安装于框架7上，轴5顶端有安装螺母的螺纹，大齿轮3和安装板8安装于轴5上，螺母9安装于轴5的顶端，通过垫片将大齿轮3和安装板8固定在轴5上，大齿轮3和安装板8之间为固定连接，大齿轮3转动时，安装板8同步转动，二者之间没有相对位移；大齿轮3与小齿轮2为齿轮啮合连接，小齿轮2将步进电机1的传动形式传递至大齿轮3；如图2所示，大齿轮3下端面上开有270°的圆弧槽。挡销4一端固定于框架7上，另一端伸入大齿轮3的圆弧槽内，用于限制大齿轮3的转动范围；安装板8的外圆周上均布开有四个定位孔，定位孔内安装有轴套10。

滑套12位于框架7内部，如图3所示，滑套12为T字形结构，包括横板和纵滑套，横板和纵滑套中心处为贯穿的通孔，相应的框架7顶端有通孔，横板通过螺栓连接将滑套12固定安装于框架7的顶端上，纵滑套为内部中空结构，销轴11位于纵滑套内，可沿纵滑套上下滑动，框架7的顶端上有销轴11可穿过的通孔，销轴11上端可穿过框架7的通孔，伸入轴套10内，另一端位于滑套12内部，滑套12的左侧上部有长圆孔，上挡板13穿过长圆孔固定于销轴11上，滑套12的右侧下部有长圆孔，下挡板14穿过长圆孔固定于销轴11上；上挡板13下方有第一电磁销15固定于滑套12上，第一电磁销15的轴可推动上挡板13，带动销轴11向上滑动；下挡板14的上方有第二电磁销16固定于滑套12上，第二电磁销16的轴可推动下挡板14，带动销轴11向下滑动。

使用时，该装置的安装板水平放置，将陀螺仪和加速度计安装于安装板8上。

该定位机构工作时包括以下使用过程：

步骤一、初始工作时，挡销4位于大齿轮3的圆弧槽0°位置，该位置作为四个相互垂直的位置的第一个位置，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤二、步进电机1通电转动，小齿轮2带动大齿轮3转动，大齿轮3带动轴5和安装板8转动，当安装板8转动90°±0.2°时，步进电机1停止转动；

步骤三、第一电磁销15通电，第一电磁销15的轴伸出推动上挡板13向上移动，上挡板13带动销轴11向上滑动，伸进轴套10中，实现90°精确转动，此位置即为四个相互垂直位置的第二个位置，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪和采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤四、第二电磁销16通电，第二电磁销16的轴伸出，推动下挡板14向下移动，上挡板14带动销轴11向下滑动，销轴11从轴套10中退出；

步骤五、步进电机1再次转动，重复步骤二至步骤四，依次完成180°、270°位置的定位，即确定确定四个相互垂直位置的第三个位置和第四个位置，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤六、步进电机1反转，使得大齿轮3反向转动270°，转动回0°位置。反转的目的是使得安装板8回到初始位置，使得每次测量的误差不会进行累积，保证每次测量的精度。

本发明提供了一种寻北仪四位置定位机构，采用销轴与轴套的配合方式进行定位，四位置定位精确，利用两个电磁销实现销轴位置互换，控制方便、可靠，同时，采用挡销定位，保证装置仅在270°范围内操作，不会出现误差累计的情况，且操作简便，可连续重复操作。

尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，包括电机单元、定位单元和调节单元；

电机单元包括步进电机(1)和小齿轮(2)，步进电机(1)的输出轴与小齿轮(2)固定连接；

定位单元包括大齿轮(3)和安装板(8)，大齿轮(3)与小齿轮(2)啮合，大齿轮(3)和安装板(8)为同步转动，安装板(8)上外圆周均布有四个定位孔，定位孔内安装轴套(10)；

调节单元包括销轴(11)、滑套(12)，销轴(11)位于滑套(12)内，可沿滑套(12)上下滑动，向上滑动时可伸入轴套(10)内。

2.根据权利要求1所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述大齿轮(3)下端面上开有270°的圆弧槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，还包括框架(7)，所述电机单元、定位单元和调节单元均安装于框架(7)上。

4.根据权利要求3所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述定位单元还包括轴承(6)、轴(5)和螺母(9)；

所述轴(5)通过轴承(6)安装于框架(7)上；

所述轴(5)顶端有螺纹，所述螺母(9)安装于轴(5)的螺纹端，将大齿轮(3)和安装板(8)固定在轴(5)上。

5.根据权利要求4所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述框架(7)上有安装轴承(6)的凹槽，所述轴承(6)安装于框架(7)的凹槽内。

6.根据权利要求5所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述定位单元还包括挡销(4)；

挡销(4)一端固定于框架(7)上，另一端伸入大齿轮(3)的圆弧槽内。

7.根据权利要求4-6任一所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述滑套(12)位于框架(7)内部；

滑套(12)为T字形结构，包括横板和纵滑套，螺栓连接安装于框架(7)的顶端，纵滑套为内部中空结构，纵滑套的左侧上部和右侧下部有长圆孔。

8.根据权利要求7所述的一种寻北仪四位置定位机构，其特征在于，所述调节单元还包括上挡板(13)、下挡板(14)、第一电磁销(15)和第二电磁销(16)；

上挡板(13)穿过滑套(12)左侧上部的长圆孔固定于销轴(11)上，下挡板(14)穿过滑套(12)右侧下部的长圆孔固定于销轴(11)上；上挡板(13)下方有第一电磁销(15)固定于滑套(12)上；下挡板(14)的上方有第二电磁销(16)固定于滑套(12)上。

9.一种权利要求1-8所述的寻北仪四位置定位机构使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、初始工作时，挡销(4)位于大齿轮(3)的圆弧槽0°位置，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤二、步进电机(1)通电转动，小齿轮(2)带动大齿轮(3)转动，大齿轮(3)带动轴(5)和安装板(8)转动，当安装板(8)转动90°±0.2°时，步进电机(1)停止转动；

步骤三、第一电磁销(15)通电，第一电磁销(15)的轴伸出推动上挡板(13)向上移动，上挡板(13)带动销轴(11)向上滑动，伸进轴套(10)中，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤四、第二电磁销(16)通电，第二电磁销(16)的轴伸出，推动下挡板(14)向下移动，上挡板(14)带动销轴(11)向下滑动，销轴(11)从轴套(10)中退出；

步骤五、步进电机(1)再次转动，重复步骤二至步骤四，依次完成180°、270°位置的定位，陀螺仪和加速度计动作，陀螺仪采集地球自转的角速度，加速度计采集所在位置的重力加速度；

步骤六、步进电机(1)反转，使得大齿轮(3)反向转动270°，转动回0°位置。

10.根据权利要求9所述的一种寻北仪四位置定位机构使用方法，其特征在于，陀螺仪和加速度计安装于安装板(8)上。